JP2008517630A - 中性で酵素による前加熱処理を利用した、スナック及びトルティーヤ用インスタントコーンフラワーの連続製造 - Google Patents

中性で酵素による前加熱処理を利用した、スナック及びトルティーヤ用インスタントコーンフラワーの連続製造 Download PDF

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Abstract

キシラナーゼ、エンドアミラーゼ、及びエンドプロテアーゼの市販ブレンドを加工助剤として用いた酵素による前加熱処理により、前加熱処理及び部分的なブラン除去が行われたコーンフラワーが連続製造される。酵素溶液を用いた低温度及び中性ｐＨでの前加熱処理は、過剰な前糊化を避けつつ、部分的なブランの加水分解を生じさせ、洗浄及び廃水中のコーン固形分の損失を低減させる。そして含水率は安定化する。続いて、高温度及び短時間において製粉及び乾燥が行われ、粉末にされた穀物の糊化及び変性が制御される。続いて、乾燥粉末粒子が冷却され、更に乾燥される。微粒子サイズ又はフラワーは、粗大粒子から分離及び除去される。粗大粒子は更に分離されて、不可欠のフラワー又は動物飼料食物用に部分加水分解されたブラン留分を単離する。粗大粒子は、再製粉及びふるい分けされて、スナック用インスタントコーンフラワーが生成される。微粒子は石灰水と混合されて、トルティーヤおよびその他のコーン食品用のマサフラワーが得られる。

Description

本発明は、米国特許番号６，６３８，５５４として特許となった、２００２年８月３０日に出願された一部継続出願番号１０／２３１，２９１に続く、２００３年８月２８日に出願された一部継続出願番号１０／６５３，３６１である。上記に特定された出願の夫々における全内容は、本願に参照として組み込まれる。
本発明は、コーンフラワー製造のための低温度及び中性ｐＨでの前加熱処理方法、より詳細には、スナック及びトルティーヤ食品加工用インスタントコーンフラワーの製造中、キシラナーゼ、エンドアミラーゼ、及びエンドプロテアーゼのブレンドを加工助剤として用いて、過剰の前糊化を避けつつ、不溶性ヘテロキシラン、澱粉及びタンパク性ブラン（ふすま）の細胞壁の連続的な部分加水分解を実現する、低温度及び中性ｐＨでの前加熱処理方法の技術分野に関する。
高品質のマサフラワーの製造は、食品用デントコーンが以下の特徴を有する場合にのみ、従来技術により行うことができる。即ち、粒サイズ及び硬さが均一であり、応力亀裂及び粒の損傷が少なく、石灰水による加熱処理中、果皮の除去が容易である場合である。成熟粒は、４つの分離可能な成分を有している。即ち、乾燥重量ベースで、先端キャップ(tip cap)（０．８−１．１％）、果皮又はブラン（５．１−５．７％）、胚乳（８１．１−８３．５％）、及び胚芽（１０．２−１１．９％）である。乾式又は湿式製粉工程において、ブランは、果皮、先端キャップ、糊粉層（ブランとともに単離される）及び糊粉／澱粉質胚乳の粘着物も含む。現地の(native)コーンブランは、胚乳組織及び糖タンパク果皮に起因する澱粉（４−２２％）及びタンパク質（５−８％）も含んでいた（Saulnier et al. 1995及びHromadkova et al. 1995）。ニシュタマリゼーション（アルカリ水溶液処理）されたコーンフラワー（ＮＣＦ）は、コーンのアルカリ性加熱処理、洗浄、ニシュタマル（アルカリ水溶液処理されたトウモロコシ）の製粉、及び乾燥ステップにより製造され、コーンマサフラワーを生じさせる。このフラワーはふるい分けされ、異なる製品用途向けにブレンドされる。通常、営利向け又は包装トルティーヤ及びスナック製品向けに包装される前に、添加物が追加される。果皮又はブランは、アルカリ性加熱処理及び洗浄工程段階の間に部分的に除去されるが、コーン粒からの繊維はまだ残っている（Montemayor及びRubio, 1983,米国特許番号4,513,018）。ニシュタマリゼーションされたコーンフラワー又はマサフラワーは、乾燥ベースで主に６−８％の不溶性繊維を含む食物繊維又はブランを合計７−９％含むことができる（Sustain, 1997,米国特許番号6,764,699）。
細胞壁又は非澱粉多糖類（ＮＳＰ）は、主なコーンの食物繊維成分であり、ヘミセルロース（ヘテロシキラン又はペントサン及びβ−グルカン：４．４−６．２％）、セルロース（２．５−３．３％）並びに何らかのリグニン（０．２％）からなる。Ｗａｔｓｏｎ（1987: Tables IV and VII）によれば、コーンの果皮／先端キャップは、穀粒乾燥重量の約５−６％の組成であり、糊粉胚乳は約２％である。この果皮は、不溶性繊維を９０％（６７％のヘミセルロースと２３％のセルロース）、並びに可溶性繊維を０．６％だけ（可溶性アラビノキシラン及びβ−グルカン）、更に含む。果皮又はブラン（４．９％）及び胚乳（２．６％）の両方における食物繊維は、総食物繊維の８０％を構成する。コーンの不溶性繊維は、総食物繊維の６８％（乾燥重量ベースで９．５％）を構成する果皮と胚乳（糊粉及び澱粉）で主に見られる。コーンブラン層は、外（あまかわ(beeswing)又は殻）、内（横および管細胞）、珠心層及び胚乳（糊粉及び澱粉）細胞膜から構成される。最も内側の管細胞層は、糊粉層に対してしっかり押しつけられた一列の縦方向の管である。次に、横細胞層と称される非常にゆったりとした空き領域がある。これは大きな細胞間隙である。これらの領域は、全細胞間の毛管接続点を与え、吸水を容易にする。果皮は、穀粒の基部まで及び、先端キャップと結合している。先端キャップの内部には、海綿状に分岐した細胞があり、横細胞とすき間を有してつながっている。
可溶性繊維が全繊維の１２％（４．１％）に達するコーンの胚乳とは異なり、全粒小麦では、可溶性繊維は全繊維の２２％（小麦粉の水揚げ（water uptake）の約２０％が可溶性ペントサン留分である）に相当する。アラビノキシランは、キシロシル残渣（主に、α−Ｌ−アラビノフラノシル基）のＯ２とＯ３原子を介して置換基が付いた、（１，４）−β−キシロピラノシル単位の直鎖状の骨格を有する錯体ポリマー（２０，０００−１７０，０００ダルトン）である。このポリマーは、明らかに、フェルラ酸及びジフェルラ酸を介してクロス結合するエステル結合により、コーン細胞壁中のセルロース骨格と結合している（Watson, 1987）。しかしながら、コーンブランにおけるヘテロキシランの不溶性は、小麦ブランとは対照的に、タンパク質−多糖類結合（果皮糖タンパク質又はエクステンシン）、及び高度に分岐した構造（キシラン骨格の２３％は側鎖を有さない）が原因であるかもしれない（Saulnier et al., 1995）。
アルカリ性加熱処理及び／又は浸漬処理の間には、前加熱処理済みコーン粒のタンパク質変性、澱粉の糊化／膨潤を伴う胚乳周辺の分解、果皮又はブランの部分的な除去とともに養分損失等の化学的及び物理的変化がある。最も重要な栄養改善は、Ｃａ対Ｐ比の向上を伴うカルシウムレベルの増加、不溶性食物繊維及びゼインタンパク質の減少、チアミン及びリボフラビンの減少、ナイアシンの要求を減らすロイシン対イソロイシン比の向上、及び廃水へのアフラトキシンの浸出である（Sustain, 1997）。
公知の加熱処理方法（バッチ式又は連続式）は、重要変数として提案された（Sahai et al., 2001）。これは、嫌気性分解に対して石灰水残渣における可溶性固形物損失（１％から１．６％ＣＯＤ）を決定する（Alvarez及びRamirez, 1995）。乾燥固形物（１．５％−２．５％）は、平均５０−６０％の食物繊維と、１５−２０％の灰分と、１５％の澱粉と、５−１０％のタンパク質と、５％の脂肪を含む。Byrant他(1997)により、コーンマサ産業と類似の石灰レベルにおける澱粉の性質の最適変化が示された。ここで、澱粉糊化の指標（酵素消化、保水容量、澱粉溶解度及びＤＳＣピーク温度＝６９℃から７５℃）は、０％から０．４％の石灰添加とともに増加し、０．２％で頂点に達した。彼らは、０．５％までの石灰添加時におけるピーク粘度温度の減少も見出した。これは、顆粒の膨潤が迅速であることを意味する。ここではさほど熱エネルギーは必要とされない。コーン果皮のニシュタマリゼーション（Martinez et al., 2001）は、澱粉及びペクチン等の熱水可溶留分とアルカリ性可溶脂肪との迅速な溶解に関わる１次段階を有する。第２段階は、ヘミセルロース−セルロース−リグニン構造のアルカリ加水分解が遅く、アルカリｐＨ濃度に比例したヘミセルロースの損失が高いことが原因である。
アラビノキシラン分解酵素は、キシラナーゼ（1,4-β-D-xylan xylanohydrolase, EC 3.2.1.8）及びβ−キシロシダーゼ（1,4-β-D-xylan xylohydrolase, EC 3.2.1.37）を含む。前者の内酵素は、不溶性及び可溶性キシラン骨格（EC 3.2.1.8）をランダムに加水分解する。一方、後者の内酵素は、キシロースポリマー（EC 3.2.1.37）の非還元末端からキシロースを加水分解する。通常、キシロースは主生成物ではなく、キシロビオース及びキシロトリオース（最小オリゴマー）の後に生成される。事実上、全てのキシラナーゼは、クロマトグラフィー又はそれらの速度論的性質（kinetic properties）（基質及び生成物形成）、分子量及びｐＨ（塩基性又は酸性）或いはそのＤＮＡ配列（結晶構造）により決定されるので、内部作用(endo-acting)である。それらは、構造的に、グリコシル加水分解酵素における二つの主なファミリー又はアイソザイム（Ｆ又は１０とＧ又は１１）に分類できる（Jeffries, 1996）。Ｆ１０キシラナーゼのほうが大きく、セルラーゼ活性があり、低重合度（ＤＰ）オリゴ糖（あまり特異的ではない）を生成する。Ｆ１１キシラナーゼは、キシランに対してより特異的であり、低分子量である（即ち、B. CirculansとT. harzianum）。
加えて、酵素技術協会（ETA, 1999; FDA, 1998）は、カルボヒドラーゼとして次のヘミセルラーゼ（慣用名）を分類した。即ち、ａ）内酵素（EC 3.2.1.32=1,3-β-xylanohydrolase, 78=mannanohydrolase及び99=arabinohydrolase）及びｂ）外酵素がキシロースポリマー（ペントサン）上の枝のみを攻撃し、キシロオリゴマー（EC 3.2.1.55=α-L-arabinofuranosidase）を生成するか、又は酸（グルクロン酸グリコシラーゼ及びフェルラ酸エステラーゼ）を生成する。A. niger（EC 3.2.1.8及び37, 55）、A. oryzae（EC 3.2.1.8又は32）、B. subtilis（EC 3.2.1.99）、及びTrichoderma longibrachiatum（以前はreseei）から生成される現在認められている内酵素（キシラナーゼ）及び外酵素は、一般に安全と認められる物質（ＧＲＡＳ；２１ＣＦＲ１８２、１８４及び１８６）であり、米国食品医薬品局から更に承認を受ける必要はない。あるいは、安全と認められる物質（ヨーロッパにおけるＲＡＳ：Mathewson, 1998）である。しかしながら、直接及び間接的な食品添加物（即ち、包装材料）は、２１ＣＦＲ１７２及び１７４−１７８において同様に規制される。直接添加物の下位分類である二次的直接添加物は、主として加工助剤であり、これは食品加工中に技術的効果を得るために用いられるが、完成食品における技術的又は機能性添加物としての役割を果たすものではない。これらも２１ＣＦＲ１７３（食品に用いられる酵素製剤の部分的な表）において規制される。最後に、１９５８年以前には広く消費されており、１９５８年以降は変性されて商業的に導入された、組み換えＤＮＡを介して生成された全ＧＲＡＳ物質は、２１ＣＦＲ１７０．３（ＧＲＡＳ通知）で提案された規制基準に準拠しなければならない。
非特異的ヘミセルラーゼ（外及び内酵素）製剤の代わりに、穀粉に市販のキシラナーゼ（内酵素）を用いる利益は、副活性の減少（セルラーゼ、ベタグルカナーゼ、プロテアーゼ、及びアミラーゼ）と生地粘性の低減である。明確な内部作用及び外部作用活性を有するアラビノキシラン分解酵素は、次の企業から食品（food）及び飼料（feed）用に市販されている。即ち、Amano、Danisco-Cultor、EDC/EB、Genencor、Gist-Brocades-DSM、Iogen、Novozymes、Primalco、Quest、Rhodia及びRohmである。文献に記載の、市販キシラナーゼ（エンドペントサナーゼ）及びヘミセルラーゼ（ペントサナーゼ）に対して提案された用途は、以下を含む。即ち、１）使用済み穀物の給水を改善し、穀物乾燥中のエネルギーを削減する、２）水をあまり用いない生地処方を円滑にし、麺類及びパスタ製造の際の粘性を低減させる、３）穀物を薄片化（flaking）、膨張（puffing）、又は押し出し（extrusion）用に処方する際の含水量を減少させる、４）パンの老化又は硬化を遅延させる、５）クッキー及びクラッカー製造用生地を休ませ、新製品処方の際に粘性のある穀粉を使用する、６）焼き戻し水（tempering water）に添加される際にブラン除去を向上させる、並びに７）コーン湿式製粉の際に浸漬時間及び澱粉繊維を減少させる、である。
一連の複雑な条件がベーカリー製品の貯蔵期間を決定するため、食品考案者にはパン粉（crumb）を柔らかくする３つの基本的な取り組みがある。即ち、水分移動の防止、澱粉の再結晶化の防止、及び澱粉の加水分解である。パン粉の老化は、以下の順序で生じるような多くの物理化学的な変化を特徴とする。パン粉の硬化及び強化（澱粉老化）、砕けやすい状態、及び蒸発による水分損失である。市販のアミラーゼは、パン焼きの間に糊化澱粉を破壊することにより、抗老化剤として作用する。いくつかの市販の細菌アミラーゼ（ETA, 1999; FDA 1998）を、名称と発生源により記載すると、ａ）エンドアミラーゼ（A. oryzae/niger及びR. oryzae/niveus：EC 3.2.1.1）、ｂ）エクソグルコアミラーゼ／エクソアミログルコシダーゼ（R. oryzae/niveus及びAspergillus oryzae/niger：EC 3.2.1.3）、ｃ）エンドプルラナーゼ及びエンドアミラーゼ（B. subtilis、B. megaterium、V. stearothermophilus及びBacillus spp.：EC 3.2.1.33, 41/60及びEC 3.2.1, 133）である。中程度の耐熱性を備えた（＜６５℃）内部作用又は外部作用（マルトジェニック）活性を有するアミラーゼを発現させるために、遺伝子工学技術が用いられてきた。B. stearothermophilusはこれに分類される。これらの新規のアミラーゼは、パンを焼く間中、完全に不活性であり、高添加量においても粘性の無いパン粉が生成される。Lopez-Mungia他（メキシコ特許952,200）は、コーントルティーヤを（ニシュタマール又はニシュタマリゼーションされたコーンフラワーから）得るための酵素による方法（エンドアミラーゼを使用）を記載した。これは、冷凍保存中、老化を遅らせる。更に、市販の酵素製剤は、通常、カルボヒドラーゼ（アミラーゼ、キシラナーゼ）、プロテアーゼ、及びエステラーゼ等の、一又は複数の酵素活性を含む。これらの加水分解酵素は、様々な結合の加水分解に触媒作用を及ぼす酵素である。即ち、EC 3.2グリコシラーゼは、Ｏ−グリコシル結合（EC 3.2.1）に作用するカルボヒドラーゼであり、EC 3.4ペプチダーゼは、ペプチド結合に作用するプロテアーゼである。プロテアーゼは、ポリペプチド鎖（アミノ酸ポリマー／タンパク質）の終端付近でのみ作用する「エクソペプチダーゼ」と、ポリペプチド鎖の内部で作用する「エンドペプチダーゼ」とに更に分類される。「ペプチダーゼ」の使用は、本来使用されていた「プロテアーゼ」と同義である。二組の下位分類が認められている。エンドプロテアーゼの下位分類（EC 3.4.21-24/99）、及びエクソプロテアーゼの下位分類（EC 3.4.11-19）である。エンドプロテアーゼは、主に触媒機構及び特異性に基づいて分けられる。即ち、セリンプロテアーゼ（アルカリ性ｐＨで作用するEC 3.4.21）、システイン／金属プロテアーゼ（中性ｐＨで作用するEC 3.4.22/24）、及びアスパラギンプロテアーゼ（酸性ｐＨで作用するEC 3.4.23）である。細菌プロテアーゼは、三つの広義の群に分類される。即ち、ａ）ｐＨ２から４の間で最大活性を有する酸性プロテアーゼ、ｂ）金属キレート剤により抑制される、ｐＨ７から８で最大活性を有する中性プロテアーゼ、並びにｃ）広範囲のペプチド及びエステル結合も開裂する、ｐＨ９から１１で最大活性を有するアルカリ性プロテアーゼである。バチルスエンドプロテアーゼは、２種類に分けられる。Ａ群（B. subtilis、B. licheniformis／B. pumilus：＜５０℃）は、中性プロテアーゼ又はアミラーゼを生成せず、Ｂ群（B. subtilis NRRLB3411、B. amyloliquefaciens及びB. subtilis var. amylosacchariticus）は、中性（B. megaterium/stearothemophilus：〜７０℃）及びエンド／エクソアミラーゼも生成する（Keay et al., 1970a, b）。
ヘミセルロースを適度に添加すると、小麦生地の水揚げが減少する。一方、キシラナーゼを用いると、水締めが増加し、その上、水分の多いパン製品用に可溶性キシランも増加する。対照的に、澱粉糊化を最小にすべき場合は、内酵素又はキシラナーゼの高添加が望ましく、可溶性留分の加水分解により、水分の少ないクッキー又はクラッカー製品用に水が放出される（EPA特許0/338787）。従って、適当なレベルのキシラナーゼにより、粘性をださずに所望の生地の柔らかさが得られるので、成形及びパン焼き動作中、機械加工性が向上する。Haarasilta他（米国特許番号4,990,343）及びTanaka他（米国特許番号5,698,245）は、セルラーゼ（Cultor/Amano）とヘミセルラーゼ又はペントサナーゼを調合すると、パン容積の増加のために、小麦不溶性繊維が分解されることを示した。Rubio他（米国特許番号6,764,699）は、ニシュタマリゼーションされた全コーンフラワーにキシラナーゼ及びセルラーゼ（＞１００ｐｐｍ）の混合菌類を添加することにより、室温保存７日後における包装コーントルティーヤの柔軟性及び弾力性を改善した。
Antrim他（カナダ特許2,015,149）は、全粒粉（小麦）を加熱処理し、細菌イソアミラーゼでそれを処理し、焼き戻し（即ち、保持）して、細かく刻んだ澱粉質製品を焼く（bake）又はあぶる（toast）ために形を作ることにより、細かく刻んだ澱粉質製品を作成する方法を開示した。Tobey他（米国特許番号5,662,901）は、酵素による処方（＞２００ｐｐｍ）を用いて、湿った又は少なくとも３０分浸漬した穀物（ソルガム）を調整した。微生物酵素は、動物の重量の増加と飼料の使用効率との両方を向上させるために、ヘミセルラーゼ、アミラーゼ、ペクチナーゼ、セルラーゼ、及びプロテアーゼから構成した。Van Der Wouw他（米国特許番号6,066,356）も、組み換えＤＮＡエンドアラビノキシラーゼ（Gist Brocade）を用いると、胚芽を除去したトウモロコシから水不溶性固形物（〜１．５％）が取り除かれ、動物の飼料用の体外消化（１３％−１９％）、又はパン容積を向上させる小麦粉内物質（〜９％）が増加することを報告した。
変性マサ食料品を準備するための試験的プロセス（国際公開番号00/45647）では、天然タンパク質を変性するように、ニシュタマリゼーションの前に、還元剤（メタ重亜硫酸塩）又は加工助剤としての酵素（ジスルフィドイソメラーゼ又はチオールプロテアーゼ／Danisco）をマサ又はコーンと併用した。Jackson他（米国特許番号6,428,828）は、全粒コーンを市販の食品用アルカリ性プロテアーゼ（＜１０００ｐｐｍ：５０℃−６０℃；ｐＨ＞９）と一緒に浸漬して消化するという類似の工程を開示した。これは、部分的な糊化を伴うアルカリ性加熱処理と同様に、ゼイン構造を変更する（〜２０％−４０％）。
新規のトランスジェニック（遺伝子移植）熱安定性レダクターゼ酵素は、フレーク粉製造およびマサ製造の際に重要である澱粉及びタンパク質の抽出性及び回収性を主に高めるために、コーン（高タンパク質）でクローン化された。タンパク質ジスルフィド結合が減少すると、亜硫酸塩を用いる代わりに４５℃から９５℃の間でコーン穀粒を浸漬する際の（高タンパク質コーンからの小麦代替としての）コーンフラワーの性質が変わる。穀粒を柔らかくし、その後、コーンの胚乳を構成する細胞壁物質と、タンパク質とからなる複雑な基質から澱粉粒を解放するために、臨界での浸漬処理（critical steeping）が必要である（国際公開番号01/98509）。
トルティーヤは、北米及び中米において主要な食用コーン製品である。トルティーヤは、新鮮なマサ（細かくしたニシュタマール）、又はニシュタマリゼーションしたコーンフラワー（マサフラワー）から作ったコーン生地から作られる、平らで丸い、パン種の入っていない焼いたパンケーキ（平らなコーンブレッド）である。手作業で又は機械で加工され、且ついかなる種類の添加物も加えない場合、トルティーヤの最大貯蔵寿命は、室温で１２から１５時間であるといえよう。その後、微生物により発酵又は悪くなり、また貯蔵又は再加熱されたトルティーヤの澱粉構成物質における物理化学的変化によって堅く／腐りかける（澱粉−タンパク質の凝集）。トルティーヤは、水分が全く損なわれない条件下（プラスチック包装）で保存された場合でも、時間とともに柔軟性がなくなり、曲げられると簡単に割れたり、粉々に砕けたりする。南米北部、特にコロンビア及びベネズエラでは、堅い胚乳コーンは、廃水を出さない乾式製粉技術で処理される。そして、前加熱処理され、且つ胚芽及びブランを除去した、伝統的な食品用のフラワーに更に変換される。その消費は、主に「アレパ（arepa）」の形で行われる。これは、インスタントフラワーから作られる、平坦な又は卵形の、パン種の入っていない、焼いた厚いパンケーキである。その他の南米の国々では、コーンミール（ポレンタ）及びコーンフラワーが同様に、エンパナーダ、パンケーキ、及びスナック食品に用いられる（FAO, 1993）。
食品の発酵工程は、有毒因子、抗栄養因子、タンパク質、澱粉、及び繊維の分解に対する内因性及び微生物酵素活性の両方に依存する。微生物作用が、特異的性質を示す固有の発酵工程に関連する場合もある。微生物は、現在、工業用酵素の主要源である。５０％は菌類及び酵母に由来し、３５％は細菌に由来し、残りの１５％は植物又は動物を起源とする。微生物酵素は、液中発酵又は固体培地発酵技術を介して商業的に製造される。生体触媒又は酵素の使用は、多くの新興国での農工用加工作業において産出される、生産性、効率性、及び品質を向上させる潜在性を有する。これらの生化学過程は、一般に、簡単な製造基盤、低い設備投資、並びにその他の食品加工単位操作よりも低いエネルギー消費が要求されている。アルカリ性及び中性ｐＨにおける様々な豆（大豆及びイナゴマメ）、種子、及び葉の発酵により、タンパク質／脂質が豊富で風味豊かな低価格の食品調味料がアフリカやアジアの何百万の人々に提供される。（ナイジェリアのdawadawa／ogiri、シエラレオのogiri-saro、日本の納豆、インドのkenima、インドネシアのcabuk／semayi）。バチルス属細菌（Bacillus spp.）（B. subtilis、B. licheniformis、B. pumilus）の使用に基づき、発酵は主にタンパク質分解であり、主に種子中の細菌アミラーゼ及びリパーゼ活性無しにアミノ酸／ペプチドが豊富な混合物を産出する（Steinkraus, 1996）。ポゾル（pozol）は、S.E.メキシコの先住民及びメスティーゾの人々により飲料／ポリッジとして製造及び消費される、（ニシュタマール又は石灰で処理したトウモロコシからの）発酵コーン生地の塊である。これは、プロバイオティック発酵であり、少なくとも５つの相互作用群を含む。これらは、新鮮な状態で作られた生地又はニシュタマリゼーションされたコーンフラワーからの天然植物相を含む（耐熱性バチルス属細菌及び放線菌類細菌（Actiomycetes spp.））。Agrobacterium azotophilum（Bacillus subtilisとして再分類：NRRL B21974）及びK. pneumonia（E. aerogenes）は、両方とも無窒素培地で成長し、この固体培地発酵中に、アミノ酸窒素及び恐らく全窒素を増加させる。その他の群には、アルカリ性ｐＨを低下（２４−４８時間で８から〜５まで）させつつ、風味を改善する（０．７％乳酸）乳酸菌（澱粉分解Lactobacillus sp.）と、アルコール／フルーツのような香りの一因となるC. tropicalisと、香りとスポンジのような質感を生み出すG. candidumと、が含まれる（Ramirez及びSteinkraus, 1986; Steinkraus, 2004）。一方、澱粉製造のためのコーン湿式製粉工程は、向流的に全コーン粒を浸漬又は十分湿らせている（２４−４８時間、４５−５０℃）間、酸性（ｐＨ＜５）で発酵させることを含む。この目的は、胚乳を柔らかくし、タンパク質による基質をまとめているジスルフィド結合を切断することである。浸漬処理は、浸漬水の化学及び生化学的助剤（〜０．１０−０．２５％の二酸化硫黄、及び通常Lactobacillus spp.により作られる〜０．５％−２．０％の乳酸）が必要とされる拡散律速単位操作である。それらは、先端キャップの基端部からコーン粒内に拡散し、果皮の横及び管細胞を通って粒の頭頂部（kernel crown）まで移動し、胚乳へ移動することができる（Watson, 1987）。乳酸発酵における主要な結果は、胚乳タンパク質／ゼインの分散であり、またその後に続く酸性発酵されたコーン粥／ポリッジ向け製粉処理中に澱粉の放出が促進されることである。酸性発酵されたコーン粥／ポリッジは、例えば、ガーナのkenkey、ナイジェリアのogi（工業用）、ケニヤのuji及び南アフリカのmahewuなどである。
適切に処理された工業用コーン又はマサフラワーは、トルティーヤ及びスナック製品の製造を簡略化する。なぜなら、消費者が、排水処理、コーンの確保、取扱、及びトルティーヤ及びスナック用の新鮮なマサへの処理に必要な管理技術を解決するからである。しかしながら、インスタントコーンフラワーには、次のような品質及び費用上の不都合がある可能性がある。即ち、マサ及び第三世代（３Ｇ）コーン食品における高コスト、風味の損失、質感の悪さである。これらは、揚げることで膨らんで最終スナック製品となる「スナックペレット」を作るために、押し出し加工（extrusion cooking）、続いて加熱処理、保持（熟成）、及び乾燥工程を含んでよい。別の例として、全粒粉（小麦、米、又はコーン）の加熱処理、続いて加熱、焼き戻し（調節）、破砕、「ビスケット」への成形、及び焼き処理により作られる朝食用シリアルがある。
コーン製造加工業者は、３つの手法、即ち、新しい交配種から新製品を開発し、コーンからの伝統的製品の生産を増加し、並びにより低い単価でプロセス効率を増加させることのうちの１つの手法における生産工程から付加価値を生むことができる。過去には、これは、米国特許番号2,584,893、2,704,257、3,194,664及び4,513,018に開示されるような、穀物を石灰水溶液で加熱処理及び／又は浸漬させる装置を用いることにより、また複数の方法により行われた。コーン生地又はマサフラワーの工業生産に対するこれらの先行技術は、廃液に多量の固形物が損失（〜１．５−２．５％）されてしまう加速度的な加熱処理及び浸漬時間を含む。加えて、加熱、洗浄、及び乾燥動作の過酷さによっては、ビタミンやいくつかのアミノ酸等の必須栄養素が失われる。
最終製品の収率を高めるために、短時間処理及び低温度加熱による水量減少を伴う、食品用インスタントコーンを製造するための多くの変化に富む方法が開示された。これらは次の米国特許番号4,594,260、5,176,931、5,532,013、及び6,387,437により反映される。これに関連して、低温度乾燥も必要とする次の米国特許番号4,594,260、5,175,931、5,532,013、及び6,265,013についても参照する。一方、米国特許番号4,513,018、5,447,742、5,558,898、6,068,873、6,322,836、6,344,228及び6,516,710は、低温度での加熱処理の代わりに、高温度での脱水又は加熱処理を行った。
先行技術における方法の不都合について考えると、いくつかの研究では、廃水が最小限となる低温度での前加熱処理を利用しただけでなく、米国特許番号4,594,260、5,532,013、6,025,011、6,068,873、6,265,013、6,326,045及び6,516,710により反映されるようにコーン留分を分離した。
酵素による浸漬処理に対するいくつかの応用についても、廃水の少ない伝統的なマサ処理から新規のバイオプロセスへ変換するために検証した（国際公開番号00/45637及び米国特許番号6,428,828）。上記の先行技術の方法では、変性マサ又はマサフラワー処理用全粒コーンに対して、酸性又はアルカリ性における酵素による前加熱処理又は浸漬処理は可能であるが、代わりにキシラナーゼ、エンドアミラーゼ及びエンドプロテアーゼのブレンドを加工助剤として中性ｐＨで用いる連続的な産業上の利用は、発明の時点ではまだ市場で利用不可能であった。
米国特許番号4,513,018 米国特許番号6,764,699 メキシコ特許952,200 EPA特許0/338787 米国特許番号4,990,343 米国特許番号5,698,245 カナダ特許2,015,149 米国特許番号5,662,901 米国特許番号6,066,356 国際公開番号00/45647 米国特許番号6,428,828 国際公開番号01/98509 米国特許番号2,584,893 米国特許番号2,704,257 米国特許番号3,194,664 米国特許番号4,513,018 米国特許番号4,594,260 米国特許番号5,176,931 米国特許番号5,532,013 米国特許番号6,387,437 米国特許番号6,265,013 米国特許番号4,513,018 米国特許番号5,447,742 米国特許番号5,558,898 米国特許番号6,068,873 米国特許番号6,322,836 米国特許番号6,344,228 米国特許番号6,516,710 米国特許番号6,025,011 米国特許番号6,326,045
従って、本発明は、スナック及びトルティーヤ食品用インスタントコーンフラワーの製造中、薬品を用いずに、澱粉質の胚乳糊化のみならずタンパク質の変性をも制御するために、全粒コーンに対する熱的、機械的、化学的、及び酵素又はバイオプロセスによる先行技術の加速度的な前加熱処理方法から、完全に脱却することを課題とする。
本発明の他の課題は、前加熱処理済みコーンフラワーの連続製造中、ブランヘテロキシラン、澱粉及びタンパク性細胞壁の部分加水分解のために、細菌キシラナーゼ、エンドアミラーゼ及びエンドプロテナーゼ溶液を用いた低温度での加熱処理を利用することである。市販のキシラナーゼ、エンドアミラーゼ及びエンドプロテナーゼの併用が好ましい。
他の課題は、低温度、中性ｐＨ前加熱処理を含む工業的方法及び装置を用いることである。これにより、制御された澱粉顆粒の膨潤に影響を与える水拡散の減速を伴うコーン細胞壁の可溶化が行われるのみならず、コーン固形物の損失が低減される。
本発明の上述並びにその他の課題及び利点は、スナック及びトルティーヤ用の前加熱処理済みコーンフラワー又はインスタントコーンフラワーの製造に適応される新しい連続工程により実現される。その実施形態は、短時間のコーン前加熱処理工程と、加工助剤としてキシラナーゼ、エンドアミラーゼ及びエンドプロテアーゼを用いて低温度及び中性ｐＨでの前加熱処理を行う工程であって、これにより不溶性ブラン層の部分加水分解が生じ、糊化及び変性が減少し、前加熱処理済み穀粒の洗浄及びコーン固形物の損失が低減し、予め調整された穀粒を製粉及び乾燥するのに最適な所望レベルまで含水率が安定化して均一な部分糊化を生成するような、低温度及び中性ｐＨでの前加熱処理工程と、乾式製粉粒子を冷却及び乾燥する冷却乾燥工程と、粗大粒子を更に吸引して、工業用フラワー又は動物の飼料食物(feed diet)用の部分的に加水分解されたブラン留分を除去しつつ、粗大粒子からそのように生成された微製粉の分離及び回収する分離回収工程と、単離された粗大粒子を再製粉し、更にふるいをかけてインスタントコーンフラワーを得る再製粉ふるい分け工程と、微細フラワーのみを石灰水と混合し、トルティーヤ用マサフラワー及びその派生物を生成する混合工程と、を含む。
本発明は、以下の説明及び添付の図面から十分に理解されよう。ここで、本発明の実施例は、唯一つの図面により、加工助剤としてのキシラナーゼ、エンドアミラーゼ、及びエンドプロテアーゼ溶液による低温度及び中性ｐＨでの前加熱処理を利用した連続及び工業用バイオプロセスを示すブロックタイプフローチャートにおいて描写される。
先ず、図１を参照すると、フローチャートにおいて、本発明の実施例が描写されている。これは、プレクッカー１、洗浄機２、供給機付きプレコンディショナ３、主要ミル４、加熱炉５、ファン付きドライヤ６、第１サイクロン分離機７、関連ファン付き冷却機８、第２サイクロン分離機９、ふるい１０、吸引機システム１１、及び補助ミル１２を含む。
設計自体は周知であるプレクッカー１に、精製コーン（cleaned corn）及び洗浄機２から再循環されるスチーム加熱された浸漬水（７０℃から８５℃）が供給され、水性懸濁液が形成される（コーン対水の比は約１：１から１：２．０）。コーン粒は、ブラン細胞壁を緩めるために湯通しされ、９％−１２％の範囲から約２４％−３２％の範囲で約２０から約４０分間、部分加水分解される。次に、食品加工剤として細菌キシラナーゼ、エンドアミラーゼ及びエンドプロテアーゼ溶液が連続的にプレクッカーに約５０℃から７０℃の低温度範囲で更に１０から７５分かけて添加される。これにより、酵素的に前加熱処理された穀粒を含水率３２％から３７％の間で生成できる。この間、ｐＨは約６．０から約８．０の中性ｐＨに維持されており、キシラナーゼ、エンドアミラーゼ、及びエンドプロテアーゼの１０％溶液が添加されている。この溶液は、０．０２５％から０．２５％のコーン粒（重量）に相当する量で供給される。好ましくは、この溶液は、０．０２５％から０．１８０％のコーン粒（重量）に相当する量で供給される。ブラン層を柔らかくするために、穀粒滞留時間及びスチーム加熱を制御することにより、コーンは、約５０℃から８５℃で３０から約１１５分間、部分的に前加熱処理できる。中性ｐＨでの前加熱処理は、前加熱処理を受けるコーン粒、浸漬水、及び微生物溶液の混合物のみであるように行われてよい。微生物溶液は、キャリヤと、キシラナーゼ、エンドアミラーゼ及びエンドプロテナーゼのうちの一又は複数とだけを含んでよい。
プレクッカーにおける廃水損失は、洗浄機２からの再循環されたスチーム加熱浸漬水で代替される。これは、溶液の固形分を約１．０％から約１．５％に維持するように規制される。工業用プレクッカーは、コーンブラン及び澱粉／タンパク性細胞膜の部分加水分解を行う。これは、果皮及び先端キャップ層を介した水拡散を早め、その後、胚乳及び胚芽細胞壁を介した浸透を遅くして澱粉顆粒を大きく膨潤させる。この低温度での前加熱処理（＜７０℃）は、不溶性繊維及び澱粉／タンパク質の可溶化も更に制御し（コーン粒に基づく、約０．５％から約１．５％の水抽出可能な固形物）、よって、伝統的なバッチ式及び連続式アルカリ加熱処理と比較して、可溶性固形物濃度の少なくとも３５％の減少を可能にする（１．５−３．０％：米国特許番号6,516,710及び4,513,018）。そして、部分的に前加熱処理済みコーン懸濁液は、洗浄機２に移される。そこで、熱水が、約７５から９０℃の温度で、３０から６０秒間、散布される。これは、吸水率を向上させ、廃水として変性内酵素を有するコーン固形物を洗い落とす働きをする。
洗浄されたコーンは、その後、プレコンディショナ３へ移される。そこで、中性で前加熱処理済み穀粒は、５５℃から約７５℃で平衡に達せられ、約１５から約６０分間で約３４％から約３９％の残留含水率が得られる。
その後、予め調整されたコーンは、設計自体は周知である供給機を介して主要ミル４に供給される。この供給は、予め製粉されたコーンと加熱炉５からくる熱風とが混合され、且つ設計自体は周知である工業用ドライヤ６により部分的に加熱処理されるように行われる。よって、予め製粉された穀粒は、１９０℃から約２３０℃の高温において、５秒から約３０秒の短時間で、フラッシュ乾燥される。その澱粉質胚乳は、部分的に糊化又は前加熱処理され、生成される粒状によって６０℃から７５℃で含水率１６％から約２０％となる。
熱湿空気（１１０℃から１２０℃、及び１１％から１３％の湿気）は、関連ファン付き冷却機８を介してドライヤ機材を推進させることにより更なる水分抽出が起こるように、第１サイクロン分離機７で抽出される。よって、含水率を、１６−２０％から約９−１２％（入ってくるコーンと同様）まで低減させる。
第２サイクロン分離機による暖湿空気（９５℃から１００℃）の更なる抽出の後、前加熱処理済み乾燥粒子は、ふるい１０に向かう。ここで、微細留分がインスタントコーンフラワーとして分離され（２０から１００メッシュ以下）、粗大留分が更に分離される。
後者の粗大留分は、吸引機システム１１において更に分離される。ここでは、二つの留分が得られる。含水率が９％から１２％（入ってくる精製コーンの全重量のうち約３％から約６％を表す）の間にある不可欠なフラワー用又は飼料としての軽量ブラン留分、並びに補助ミル１２で再製粉される重量粗大留分である。補助ミル１２からの製粉物は、更にふるい分けして一様なスナック用コーンフラワーを製造するために、ふるい１０に再循環される。所望の場合は、インスタントコーンフラワーを石灰と混合（前加熱処理済みフラワーに基づいて０．０５％から約０．２５％まで）することができ、これによりトルティーヤ又はコーンベース食品を作るためのマサフラワーを製造できる。
スナック製造用には、スナック加工（snack elaboration）（総油量約１５％から約３０％）用コーン生地（最終水分量４５％から５０％）を形成するために、インスタントコーンフラワーを、好ましくは温水と１：０．８から約１：１．０の重量比で混合して水分補給する。
トルティーヤ製造用には、トルティーヤおよびコーンベース食品（水分量４５％から５０％）で用いるマサ生地（最終水分量５０％から６０％）用に、本発明の方法から作られたマサフラワーを、水を用いて１：１．１から約１：１．３の重量比で水分補給する。
この方法において、新規の中性酵素前加熱処理は、廃水のコーン固形物を３５％から４０％の範囲に減少させる。これに対応して、汚水及びエネルギー費用は、工業用方法（１，５％−３．０％）よりも低下する。更に、インスタントマサフラワーが第３世代スナックとしてコーンベース食品において新たな風味を改良するために製造された場合、本発明の酵素による前加熱処理は、石灰の使用を５０％減少させる。キシラナーゼ、エンドアミラーゼ及びエンドプロテアーゼ溶液（０．０２５％−０．２５％）を用いた中性ｐＨにおける低温度での前加熱処理（５０℃−７０℃）は、不溶性の細胞壁生体高分子の解重合を助けるだけでなく、そのブランの除去及びフラワーとしての糊粉層の回復を向上させる。内酵素は、果皮、糊粉及び澱粉質細胞壁を部分的に加水分解する。これは同時に、低添加の石灰（米国特許番号6,516,710、6,428,828、6,387,437、及び6,344,228）又は低添加の亜硫酸塩（米国特許番号6,332,836）を用いることなく、糊化及び変性を低減させる水拡散に影響を与える。
更に、コーンフラワーの収率は、収率が８８％である商業用アルカリ加熱処理工程と比較して、酵素的に前加熱処理されたコーンの総重量の９４％から９７％である可能性がある。新規の方法で製造されたインスタントコーンフラワーは、コーンｋｇ当たりフラワー平均収率９５％よりも高い平均収率となってよいのに対して、典型的なアレパ工程により生成されたブラン及び胚芽が除去されたフラワーは、総アレパフラワーに対して６５％から７０％の収率、又は８０％から８５％の収率を得るだけである（米国特許番号6,326,045）。
さらに、本発明の方法により生成される低温度及び酵素的に前加熱処理されたコーンフラワーは、従来の方法と比較して高い栄養価を有しており、市販のコーンフラワーよりも食物繊維及び脂肪分が多い（INCAP, 1961, Cuevas et al., 1985及びFAO, 1993）。疫学研究では、フルーツ、野菜、全粒粉の規則正しい消費は、ガン、冠状動脈性心臓病、及び糖尿病等の慢性疾患のリスクの低減と関係があることが示された。肥満は心疾患やガンを引き起こす。米国ではガンによる死亡の３５％程度は、食生活に関連する。ＵＳＤＡは、食事指針ピラミッドの基部を構成する全粒粉（小麦、米およびコーン）を３−５皿分／日（＞５．１ｇ繊維）食べることを推奨した。ＡＡＣＣ保健機能食品は、最終製品（総繊維７−９％である総フラワー又はニシュタマリゼーションされたコーンフラワーとして：米国特許番号6,764,699）の重量で５１％の全粒粉に基づいている。
以上から、新規の酵素によるプロセスを用いて、前加熱処理及び部分的なブラン除去が行われたスナック用コーンフラワー及びマサフラワーを製造できることは明らかであろう。これは、細胞壁の部分加水分解、又は前加熱処理済みコーン粒における澱粉の前糊化及びタンパク質の変性に伴う胚乳周辺の安定化により、効率的である。ここで、本発明の特徴がなかったら恐らく存在していた養分損失は避けられる。
当然のことながら、本願に例示及び詳細に説明した本発明の実施例は、例示のためのものであり、限定されるものではない。その他の変更及び改良が可能であり、当業者に対して、且つ添付の特許請求の範囲により、示されるであろう。
本発明の実施例における、加工助剤としてのキシラナーゼ、エンドアミラーゼ、及びエンドプロテアーゼ溶液による低温度及び中性ｐＨでの前加熱処理を利用した連続及び工業用バイオプロセスを示すブロックタイプフローチャートである。
符号の説明
１ プレクッカー
２ 洗浄機
３ 供給機付きプレコンディショナ
４ 主要ミル
５ 加熱炉
６ ファン付きドライヤ
７ 第１サイクロン分離機
８ 関連ファン付き冷却機
９ 第２サイクロン分離機
１０ ふるい
１１ 吸引機システム
１２ 補助ミル

Claims (27)

  1. 前加熱処理及び部分的なブラン除去が行われたスナック及びトルティーヤ食品用コーンフラワーを連続製造するための生体触媒による方法であって、
    精製コーン粒を熱水で前加熱処理して、コーン対水の比が１：１から１：２．０の間にあるコーン及び水の懸濁液を形成する前加熱処理工程と、
    キシラナーゼ、エンドアミラーゼ及びエンドプロテアーゼからなる群から選択される少なくとも一つの内酵素から構成される溶液を用いて前記コーン粒を中性ｐＨで更に前加熱処理し、不溶性ヘテロキシラン、並びに澱粉及びタンパク性ブランの細胞壁の部分加水分解を生じさせる更なる前加熱処理工程と、
    前記前加熱処理済み粒を洗浄して、可溶性固形物及び変性した前記少なくとも一つの内酵素を除去し、前記洗浄された前加熱処理済み粒の含水率を安定化させる洗浄工程と、
    前記洗浄された前加熱処理済み粒を製粉し、前記製粉されたコーン粒を更なる前糊化のために乾燥させる製粉乾燥工程と、
    前記製粉乾燥されたコーン粒を大気で冷却し、更に乾燥させる冷却乾燥工程と、
    前記製粉されたコーンをふるい分けし、２０から１００メッシュ下で微粒子サイズのコーンフラワーを生成するための微細留分と、粗大留分とを得るふるい分け工程と、
    前記ふるい分けされた粗大留分を吸引し、不可欠なフラワー又は飼料食物用の加水分解されたコーンブランを除去する吸引除去工程と、
    を備えることを特徴とする生体触媒による方法。
  2. 前記更なる前加熱処理工程における前記溶液は、キシラナーゼ、エンドアミラーゼ及びエンドプロテアーゼの混合物からなることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 前記加水分解されたコーンフラワーは、コーン粒総重量の２％から約４％の最小収率を示す軽量留分であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  4. 前記中性での酵素による前加熱処理及び洗浄工程により生成された廃水は、３５％から約４０％の範囲で減少したコーン固形物を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  5. 暖水と１：０．８から約１：１．０の重量比で混合することにより前記コーンフラワーに水分補給をし、コーン生地を形成する工程を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  6. 重量比０．０５％から０．２５％の石灰を用いて前記コーンフラワーを処理してマサフラワーを生成する工程を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  7. 水を用いて１：１から約１：１．３の重量比で前記マサフラワーに水分補給をし、マサ生地を形成する工程を更に備えることを特徴とする請求項６に記載の方法。
  8. 前記コーン生地は、スナック加工（snack elaboration）における最終含水率が４５％から５０％の間にあることを特徴とする請求項５に記載の方法。
  9. トルティーヤおよびコーンベース食品に用いられる前記マサ生地は、５０％から５５％の範囲の水分を有することを特徴とする請求項７に記載の方法。
  10. 前記前加熱処理において用いられる熱水は、下流の洗浄機から再循環されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  11. 前記少なくとも一つの内酵素は、少なくとも一つのＧＲＡＳ物質として認識されており、且つ加工助剤として用いられる微生物由来の酵素から選択されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  12. 前記更なる前加熱処理は、前記キシラナーゼ、エンドアミラーゼ及びエンドプロテアーゼのうちの一つの変性温度まで行われることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  13. 前記製粉乾燥工程において、前記乾燥は、高温短時間ドライヤを用いて行われることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  14. 前記吸引された粗大留分を再製粉する工程を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  15. 前記再製粉された粗大留分は、前記ふるい分け工程に再循環されることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
  16. 前記溶液は、重量比で前記コーン粒の０．０２５％から約０．２５％を示す量で供給されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
  17. 前記更なる前加熱処理工程は、前記先に行われる前加熱処理の温度よりも低い温度で行われることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  18. 前記更なる前加熱処理工程は、約５０℃から７０℃の範囲の温度で行われることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
  19. 前記更なる前加熱処理工程の前記中性ｐＨは、約６．０から約８．０の範囲内であることを特徴とする請求項２に記載の方法。
  20. 前記更なる前加熱処理工程における前記溶液は、エンドプロテアーゼ及びキシラナーゼからなることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  21. 前記更なる前加熱処理工程における前記溶液は、エンドプロテアーゼ及びエンドアミラーゼからなることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  22. 前記更なる前加熱処理工程は、本質的に前記コーン粒、前記浸漬水、及び前記溶液からなる混合物のみを加熱することを特徴とする請求項１に記載の方法。
  23. 前記溶液は、本質的に少なくとも一つの内酵素及び一つの内酵素キャリアからなることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
  24. 前記更なる前加熱処理工程は、本質的に前記コーン粒、前記浸漬水、及び前記溶液からなる混合物のみを加熱することを特徴とする請求項２に記載の方法。
  25. 前記溶液は、本質的に少なくとも一つの内酵素及び一つの内酵素キャリアからなることを特徴とする請求項２４に記載の方法。
  26. 前記更なる前加熱処理工程の前記中性ｐＨは、７．０から８．０の範囲内であることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
  27. 前記溶液は、重量比で前記コーン粒の０．０２５％から約０．１８０％を示す量で供給されることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
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